DE2949017A1 - ARRANGEMENT FOR CONTROLLING THE DRIVE AND BRAKE CURRENTS OF A BRUSHLESS DC MOTOR - Google Patents

Description

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH ■ '" : _(j,, DR.-ING. ULRICH GARLIC ■ '": _(j, PATENTANWALT β frankfurt/μλιν t. den 'PATENT ADVERTISER β frankfurt / μλιν t. the ' KÜHHORNSHOFWEG 10 V · O 4KÜHHORNSHOFWEG 10 V O 4 POSTSCHECKKONTO FRANKFURT/M. 34 25-605 IV · fVXPOST CHECK ACCOUNT FRANKFURT / M. 34 25-605 IVfVX DRESDNER BANK. FRANKFURT/M. 2 3ΟΟ3ΟΘ TELEFON: 56 10 7βDRESDNER BANK. FRANKFURT / M. 2 3ΟΟ3ΟΘ TELEPHONE: 56 10 7β

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DANFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)DANFOSS A / S, Nordborg (Denmark)

Anordnung zur Steuerung von Antriebs- und Bremsstrom eines bürstenlosen GleichstrommotorsArrangement for controlling the drive and braking current of a brushless DC motor

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung von Antriebsund Bremsstrom eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der einen Permanentmagnet-Läufer und Ständerwicklungen aufweist, mit in Reihe zu je einer Ständerwicklung an einer Betriebsspannungsquelle liegenden Halbleiter-Schaltelementen, den Ständerwicklungen jeweils zugeordneten Freilaufdioden, einer Steuerschaltung für die Halbleiter-Schaltelemente, einem die Läufer-Drehwinkellage abtastenden Fühler, der die Halbleiter-Schaltelemente in Abhängigkeit von der Läufer-Drehwinkellage über die Steuerschaltung steuert, einer die Steuerschaltung eberufalls beaufschlagenden Vergleichseinrichtung mit zwei Eingängen und einer in Reihe mit den Ständerwtklungen liegenden Strommeßvorrichtung, die den Ständerwicklungsund den Freilaufdiodenstrom mißt und über die Vergleichseinrichtung getaktet die Abgabe der Steuersignale der Steuerschal/ freigibt oder sperrt.The invention relates to an arrangement for controlling the drive and braking current of a brushless DC motor, the one Has permanent magnet rotor and stator windings, each with a stator winding in series on an operating voltage source lying semiconductor switching elements, the stator windings respectively assigned freewheeling diodes, a control circuit for the Semiconductor switching elements, a sensor that scans the rotor's angular position and that controls the semiconductor switching elements controls from the rotor angle of rotation position via the control circuit, a comparison device that acts on the control circuit and has two inputs and a current measuring device in series with the stator windings, which measures the stator winding and the freewheeling diode current and, clocked by the comparison device, enables or disables the output of the control signals from the control switch .

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art enthält die Strommeßvorrichtung in Reihe mit jeder Ständerwicklung je einen Strommeßwiderstand. Die Strommeßwiderstände sind alle mit einer gemeinsamen Stromversorgungsleitung verbunden, mit der auch die Freilaufdioden über eine gemeinsame Spannungsbegrenzungsschaltung in VerbindungIn a known arrangement of this type, the current measuring device contains a current measuring resistor in series with each stator winding. The current measuring resistors are all with one common Power supply line connected, with which the free-wheeling diodes connected via a common voltage limiting circuit

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stehen. Auf diese Weise kann auch der Freilaufstrom gemessen und begrenzt werden. Die Strombegrenzung verhindert eine Entmagnetisierung des Läufer-Dauermagneten und schützt die Freilaufdioden sowie die Halbleiter-Schaltelemente vor Überlastung, Eine derartige Anordnung ist vergleichsweise aufwendig.stand. In this way, the freewheeling current can also be measured and be limited. The current limitation prevents demagnetization of the rotor permanent magnet and protects the free-wheeling diodes as well as the semiconductor switching elements against overload. Such an arrangement is comparatively complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die bei einfacherem Aufbau auch beim Abbremsen des Motors (im Generatorbetrieb) die Halbleiter-Schaltelemente und Freilaufdioden vor Überlastung schützt.The invention is based on the object of specifying an arrangement of the generic type which, with a simpler structure, also protects the semiconductor switching elements and free-wheeling diodes from overload when the motor is braked (in generator mode).

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Strommeßvorrichtung eine nur den Ständerwicklungen gemeinsame erste Strommeßeinrichtung und eine nur den Freilaufdioden gemeinsame zweite Strommeßeinrichtung aufweist, daß die erste Strommeßeinrichtung mit dem einen Eingang und die zweite Strommeßeinrichtung mit dem anderen Eingang der Vergleichseinrichtung-verbunden ist und daß die Vergleichseinrichtung der Steuerschaltung ein Freigabesignal oder ein Sperrsignal in Abhängigkeit von einem Vergleich des Meßsignals der ersten Strommeßeinrichtung mit einem ersten Stromgrenzwert und des Meßsignals der zweiten Strommeßeinrichtung mit einem zweiten Stromgrenzwert zuführt.According to the invention this object is achieved in that the current measuring device a first current measuring device common only to the stator windings and a common one only to the freewheeling diodes second current measuring device has that the first current measuring device with one input and the second current measuring device is connected to the other input of the comparison device and that the comparison device of the control circuit outputs an enable signal or a blocking signal as a function of a comparison the measuring signal of the first current measuring device with a first current limit value and the measuring signal of the second current measuring device with a second current limit value.

Hier kommt man mit nur einer Strommeßeinrichtung für alle Phasen des Motors und mit nur einer Strommeßeinrichtung für alle Freilauf-dioden aus.Here one comes with only one current measuring device for all phases of the motor and with only one current measuring device for all free-wheeling diodes the end.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die Vergleichseinrichtung Kippverhalten hat und bei Überschreitung eines oberen und eines unteren Stromgrenzwertes kippt. Durch entsprechende Wahl der Grenzwerte läßt sich die Belastung der Halbleiterbauelemente begrenzen und gleichzeitig der Mittelwert des von den Ständerwicklungen erzeugten magnetischen Flusses entsprechend der gewünschten Drehzahl einstellen. Insbesondere können die Grenzwerte so dicht beieinander liegen, daß die Kippfrequenz höher als die Motorfrequenz und vorzugsweise oberhalb des Hörfrequenzbereichs liegt.It is preferably ensured that the comparison device has tilting behavior and when an upper one and one is exceeded lower current limit value tilts. The load on the semiconductor components can be limited by selecting the limit values accordingly and at the same time the mean value of the magnetic flux generated by the stator windings corresponding to the desired Set the speed. In particular, the limit values can be so close together that the toggle frequency is higher than the Motor frequency and preferably above the audio frequency range.

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Oie Vergleichseinrichtung kann zwei Vergleicher aufweisen, von denen der eine Vergleicher dem Vergleich des Meßsignals der ersten Strommeßeinrichtung mit dem ersten Stromgrenzwert und der andere Vergleicher dem Vergleich des Meßsignals der zweiten Strommeßeinrichtung mit dem zweiten Stromgrenzwert zugeordnet ist. Obwohl es grundsätzlich möglich ist, nur einen Vergleicher zu verwenden, lassen sich bei Verwendung zweier Vergleicher die Stromgrenzwerte unabhängig voneinander einstellen.The comparison device can have two comparators, from which the one comparator comparing the measurement signal of the first current measuring device with the first current limit value and the other comparators are assigned to the comparison of the measurement signal of the second current measuring device with the second current limit value is. Although it is basically possible to use only one comparator, when using two comparators, the Set current limit values independently of one another.

Die Ausgangssignale der beiden Vergleicher können Je einem von zwei Eingängen eines Flipflop zuführbar sein, die den Kippzustand des Flipflop entgegengesetzt beeinflussen. Auf diese Weise läßt sich ein sehr rasch erfolgender Polaritätswechsel der Eingangsslgnaldifferenz des einen Vergleichers bis zu einer das richtige Vorzeichen aufweisenden Änderung der Eingangssignaldifferenz des anderen Vergleichers festhalten, und umgekehrt.The output signals of the two comparators can each be one of two inputs of a flip-flop can be supplied, which influence the flip-flop state in opposite directions. In this way a very rapid change in polarity of the input signal difference of a comparator up to a das record the correct sign having change in the input signal difference of the other comparator, and vice versa.

Insbesondere bei einem Motor mit nur zwei Ständerwicklungen, die um 180° versetzt angeordnet sind, ist es günstig, wenn dafür gesorgt ist, daß Jede Freilaufdiode das ihre zugeordnete Ständerwicklung ein- und ausschaltende Halbleiter-Schaltelement überbrückt, daß jede Freilaufdiode antiparallel zum Halbleiter-Schaltelement zwischen der mit der Ständerwicklung verbundenen Seite des Halbleiter-Schaltelements und dem mit der anderen Seite des Halbleiter-Schaltelements verbundenen Pol der Betriebsgleichspannungsquelle liegt, und daß die Ständerwicklungen bifilar gewickelt sind. Auf diese Weise wird bei einfachem Aufbau erreicht, daß die im Magnetfeld einer gerade abgeschalteten Ständerwicklung gespeicherte Energie zur Begrenzung der Spannung am gerade abgeschalteten Halbleiter-Schaltelement über die andere Ständerwicklung als Freilaufstrom abgebaut wird, aber dennoch in der gleichen Drehrichtung weiterwirkt. Dies erhöht den Wirkungsgrad.Especially with a motor with only two stator windings that are arranged offset by 180 °, it is advantageous if it is ensured that each freewheeling diode bridges its associated stator winding on and off semiconductor switching element, that each freewheeling diode anti-parallel to the semiconductor switching element between the one connected to the stator winding Side of the semiconductor switching element and the pole connected to the other side of the semiconductor switching element of the operating DC voltage source, and that the stator windings are bifilar wound. This way, with a simple structure achieves that the energy stored in the magnetic field of a stator winding that has just been switched off is used to limit the voltage on The semiconductor switching element that has just been switched off is degraded as a freewheeling current via the other stator winding, but is still in continues to operate in the same direction of rotation. This increases the efficiency.

Sodann kann die den Ständerwicklungen abgekehrte Seite der Halbleiter-Schal telemente gemeinsam über einen ersten Strommeßwiderstand und die den Ständerwicklungen abgekehrte Seite der Frei-The side of the semiconductor switching elements facing away from the stator windings can then be used together via a first current measuring resistor and the side of the free-standing windings facing away from the stator windings.

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laufdioden gemeinsam über einen zweiten Strommeßwiderstand mit dem zugehörigen Pol der Betriebsgleichspannungsquelle verbunden sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausbildung der Vergleicher als Differenzverstärker mit einem umkehrenden Eingang und einem nicht umkehrenden Eingang.running diodes together with a second current measuring resistor be connected to the associated pole of the operating DC voltage source. This enables a particularly simple design of the comparators as differential amplifiers with a reversing input and a non-inverting entrance.

Hierbei kann der umkehrende Eingang des einen Vergleichers mit dem bei normaler BetriebsStromrichtung einen positiven Spannungsabfall aufweisenden Strommeßwiderstand und der nichtumkehrende Eingang dieses Vergleichers auf einem dem oberen Stromgrenzwert entsprechenden Bezugspotential liegen und ferner der nichtumkehrende Eingang des anderen Vergleichers mit dem beim Fließen eines Freilaufstroms einen negativen Spannungsabfall aufweisenden Strommeßwiderstand verbunden sein und der umkehrende Eingang dieses Vergleichers auf einem dem unteren Stromgrenzwert entsprechenden Bezugspotentail liegen. Wenn dann durch den einen Strommeßwiderstand ein Betriebsstrom fließt, ist der Spannungsabfall am anderen und damit auch die Spannung am angeschlossenen Eingang des einen Vergleichers O, weil in diesem Falle durch den anderen Strommeßwiderstand kein Strom fließt, während das Umgekehrte für das Fließen eines Freilaufstroms gilt.Here, the reversing input of one comparator can have a positive voltage drop with that of the normal operating current direction having current measuring resistor and the non-inverting input of this comparator on one of the upper current limit value corresponding reference potential and also the non-inverting input of the other comparator with that when flowing of a freewheeling current be connected to a negative voltage drop exhibiting current measuring resistor and the inverting input this comparator lie on a reference potential corresponding to the lower current limit value. If then by the one Current measuring resistor an operating current flows, the voltage drop on the other and thus also the voltage on the connected Input of one comparator O, because in this case no current flows through the other current measuring resistor, while the reverse is true applies to the flow of a freewheeling current.

Vorzugsweise sind die Bezugspotentiale an den betreffenden Ver-•gleidiereingängen einstellbar. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine Änderung der Stromgrenzwerte und damit auch der Schaltfrequenz (Zerhacker-Frequenz) der Halbleiter-Bauelemente.The reference potentials are preferably at the relevant casing inputs adjustable. This enables the current limit values and thus also the switching frequency to be changed in a simple manner (Chopper frequency) of the semiconductor components.

Ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention is shown below described in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 ein Schaltbild der Stromsteueranordnung undFig. 1 is a circuit diagram of the current control arrangement and

Fig. 2 bis 7 den zeitlichen Verlauf einiger elektrischen Größen in der Steueranordnung und im angeschlossenen Motor zur Erläuterung der Wirkungsweise. 2 to 7 show the course over time of some electrical variables in the control arrangement and in the connected one Motor to explain how it works.

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Nach Fig. 1 liegen an den Polen (+) und (O) einer nicht dargestellten Betriebsgleichspannungsquelle eine Ständerwicklung 1, ein Transistor 2 und ein Strommeßwiderstand 3 in Reihe. Sodann liegen an der ßetriebsgleichspannungsquelle eine zweite Ständerwicklung 4, ein Transistor 5 und der Strommeßwiderstand 3 in Reihe. Die Ständerwicklungen 1und 4 sind bifilar auf den Kern des Ständers gewickelt.According to FIG. 1, one not shown lies at the poles (+) and (O) Operating DC voltage source a stator winding 1, a transistor 2 and a current measuring resistor 3 in series. A second stator winding is then connected to the operating DC voltage source 4, a transistor 5 and the current measuring resistor 3 in series. The stator windings 1 and 4 are bifilar on the core of the stand wound.

Die Verbindung von Transistor 2 und Ständerwicklung 1 ist über eine Freilaufdiode 6 und einen zweiten Strommeßwiderstand 7 mit dem auf Nullpotential liegenden Pol (0) der Betriebsgleichspannungsquelle verbunden. Desgleichen ist die Verbindung von Transistor 5 und Ständerwicklung 4 über eine zweite Freilaufdiode 8 und den zweiten Strommeßwiderstand 7 mit dem Pol (O) der Betriebsgleichspannungsquelle verbunden. Dabei sind die Freilaufdioden 6 und 8 gegensinnig zu den Transistoren 2 und 5 gepolt.The connection of transistor 2 and stator winding 1 is via a freewheeling diode 6 and a second current measuring resistor 7 connected to the pole (0) of the operating DC voltage source which is at zero potential. The same is true of the connection between the transistor 5 and stator winding 4 via a second freewheeling diode 8 and the second current measuring resistor 7 to the pole (O) of the operating DC voltage source tied together. The freewheeling diodes 6 and 8 are polarized in opposite directions to the transistors 2 and 5.

Der Gleichstrommotor hat einen schematisch dargestellten DauermagnetläuÄ· 9, dessen Drehwinkellage von einem magnetfeldabhängigen Fühler 10 abgetastet M*rd. Der Fühler 10 bewirkt über eine Steuerschaltung 11, die ausgangsseitig mit den Basen der Transistoren 2 und 5 verbunden ist, die Kommutierung der Transistoren nach Jeder halben Läuferumdrehung.The direct current motor has a permanent magnet circuit shown schematically 9, the angular position of which is scanned by a magnetic field-dependent sensor 10 M * approx. The sensor 10 causes over a control circuit 11, which is connected on the output side to the bases of the transistors 2 and 5, the commutation of the transistors after every half revolution of the rotor.

Die Steuerschaltung 11 hat einen Sperreingang 12, der mit dem Ausgang Q einer Vergleichseinrichtung 13 verbunden ist. Die Vergleichseinrichtung 13 enthält einen Spannungsteiler aus vier ohmschen Widerständen 14 bis 17. Der Widerstand 14 ist einerseits mit dem positiven Pol (+) und anderseits über den Widerstand 15 mit einem ebenfalls auf Nullpotential liegenden Pol (0) einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle verbunden, während der Widerstand 15 einerseits mit diesem auf Nullpotential liegenden Pol (0) und andererseits über den Widerstand 17 mit dem negativen Pol (-) dieser Gleichspannungsquelle verbunden ist. Sodann sind die Widerstände 14 und 16 einstellbar.The control circuit 11 has a lock input 12, which with the Output Q of a comparison device 13 is connected. The comparison device 13 contains a voltage divider made up of four ohmic resistors 14 to 17. The resistor 14 is on the one hand with the positive pole (+) and on the other hand via the resistor 15 with a pole (0) which is also at zero potential connected to a DC voltage source, not shown, while the resistor 15 on the one hand with this at zero potential lying pole (0) and on the other hand via the resistor 17 to the negative pole (-) of this DC voltage source is connected. Resistors 14 and 16 can then be adjusted.

Der Verbindungspunkt 18 der Widerstände 14 und 15 ist mit dem nlchtumkehrenden Eingang (*) eines Vergleichers 19 und derThe connection point 18 of the resistors 14 and 15 is with the non-inverting input (*) of a comparator 19 and the

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Verbindungspunkt 20 der Widerstände 16 und 17 mit dem umkehrenden Eingang (-) eines Vergleichers 21 verbunden. Der umkehrende Eingang (-) des Vergleichers 19 ist zugleich der eine Eingang 22 der Vergleichseinrichtung 13 und mit dem Verbindungspunkt von Transistor 2 und Strommeßwiderstand 3 verbunden, während der nichtumkehrende Eingang (+) des Vergleichers 21 gleichzeitig der andere Eingang 23 der Vergleichseinrichtung 13 und mit dem Verbindungspunkt von Transistor 5 und Strommeßwiderstand 7 verbunden ist. Die Vergleicher 19 und 21 sind Differenzverstärker mit sehr hoher Verstärkung und mit Kippverhalten. Überschreitet das Potential am umkehrenden Eingang (-) dasjenige am nichtumkehrenden Eingang (+) in positiver Richtung, dann kippt das Vergleicheraus gangs signal auf einen negativen (niedrigen) Wert, und umgekehrt. Connection point 20 of resistors 16 and 17 with the reversing one Input (-) of a comparator 21 connected. The reversing input (-) of the comparator 19 is also one input 22 of the comparison device 13 and connected to the junction of transistor 2 and current measuring resistor 3, during the non-inverting input (+) of the comparator 21 at the same time the other input 23 of the comparison device 13 and with the connection point of transistor 5 and current measuring resistor 7 is connected. The comparators 19 and 21 are differential amplifiers with very high gain and tilting behavior. Exceeds that Potential at the inverting input (-) that at the non-inverting input (+) in the positive direction, then the comparator tilts out output signal to a negative (low) value, and vice versa.

Der Ausgang des Vergleichers 19 ist mit einem Eingang R und der Ausgang des Vergleichers 21 mit einem Eingang C eines Flipflop 24 verbunden. Diese Eingänge beeinflussen den Zustand des Ausgangssignals des Flipflop 24 an einem Ausgang Q, der zugleich den Ausgang der Vergleichseinrichtung 13 bildet, entgegengesetzt. Wenn das Signal am Eingang R abfällt, d.h. die Rückflanke des Ausgangssignals des Vergleichers 19 auftritt, wird das Hipflop 24 so gekippt, daß am Ausgang Q ein Sperrsignal U^ (logisch Null) auftritt. Wenn dagegen nach einem Abfall des Signals am Eingang R das Signal am Eingang C ansteigt, d.h. die Vorderflanke des Ausgangssignals des Vergleichers 21 auftritt, wird das Fünf 1 op 24 so gekippt, daß am Ausgang Q ein Frei gäbe signal U (logisch Eins) auftritt. The output of the comparator 19 is connected to an input R and the output of the comparator 21 is connected to an input C of a flip-flop 24. These inputs influence the state of the output signal of the flip-flop 24 at an output Q, which at the same time forms the output of the comparison device 13, in the opposite direction. If the signal at the input R falls, ie the trailing edge of the output signal of the comparator 19 occurs, the hip-flop 24 is toggled so that a blocking signal U ^ (logic zero) occurs at the output Q. If, on the other hand, the signal at input C rises after a drop in the signal at input R, ie the leading edge of the output signal of comparator 21 occurs, the five 1 op 24 is toggled so that a free signal U (logic one) occurs at output Q .

Damit ergibt sich unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 7 folgende Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1.Thus, with reference to FIGS. 2 to 7, the following mode of operation of the arrangement according to FIG. 1 results.

Im Zeitpunkt t gleich ο sei das vom Fühler 2Γ abgegebene Steuersignal positiv und am Ausgang Q bzw. am Ehgang 12 das Freigabesignal Uq (Fig. 6) vorhanden. Das Steuersignal wird daher von der Steuerschaltung 11 durchgelassen und, da es sich um die erste Hälfte der Läuferumdrehung handelt, der Basis des Transistors 2At the time t equal to ο, the control signal emitted by the sensor 2Γ is positive and the release signal Uq (FIG. 6) is present at the output Q or at the output 12. The control signal is therefore passed by the control circuit 11 and, since it is the first half of the rotor revolution, the base of the transistor 2

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zugeführt, während der Transistor 5 kein Steuersignal erhält. Der Transistor 2 wird daraufhin leitend, so daß ein etwa linear ansteigender Strom vom positiven Pol (+) der Betriebsgleichspannungsquelle über die Ständerwicklung 1, den Transistor 2 und den Strommeßwiders tand 3 zu dem auf Nullpotential liegenden Pol (0) der Betriebegleichspannungsquelle fließt. Der von diesem durch die Ständerwicklung 1 fließenden Strom erzeugte magnetische Fluß 4 (Fig. 7) steigt daher etwa linear an, bis dieser Strom am Strommeßwiderstand 3 einen Spannungsabfall U, (Fig. 2) hervorruft, der die mittels des Widerstands 14 am Verbindungspunkt eingestellte, einem oberen Stromgrenzwert entsprechende Spannung U₁₈ (Pig. 2) im Zeitpunkt t₁ überschreitet. Dadurch kippt der Vergleicher 19, so daß sein zuvor positives Ausgangssignal U₁Q negativ wird (Fig. 4), das Flipflop 24 ebenfalls kippt, am Ausgang Q das Sperrsignal 0_Q (Fig. 6) auftritt und das der Basis des Transistors 2 zugeführte Steuersignal gesperrt wird. Der Transistor 2 wird daher im Zeitpunkt t₁ gesperrt, so daß der Strom in der Ständerwicklung 1 unterbrahen wird und der von diesem Strom verursachte Spannungsabfall U, am Strommeßwiderstand 3 verschwindet und gleichzeitig der Vergleicher 19 bzw. sein Ausgangssignal U₁Q zurückkippt (Fig. 4), ohne dadurch den Zustand des Flipflop 24 zu beeinflussen. Da beide Ständerwicklungen 1 und 4 jedoch durch den Kern des Ständers magnetisch gekoppelt sind, kann die bis zum Zeitpunkt t₁ im Magnetfeld gespeicherte magnetische Energie über die Ständerwicklung 4 abgebaut werden. Denn solange in der Ständerwicklung 1 ein Strom floß, wurde ±i der Ständerwicklung 4 eine Spannung induziert, die so gepolt war, daß de einen Strom in Durchlaßrichtung des gesperrten Transistors 5 und entgegen der DuKhlaßrichtung der Freilaufdiode 8 zu treiben bestrebt war. Durch die Unterbrechung des Stromflusses in der Ständerwicklung 1 wird Jedoch eine Spannung in der Ständerwicklung 4 induziert, die höher als die der Betriebsgleichspannungsquelle und zu dieser entgegengesetzt gepolt ist. Die in der Ständerwicklung 4 durch die Stromunterbrechung in der Ständerwicklung 1 induzierte Spannung kann daher jetzt einen Strom zurück in die Betriebsgleichspannungsquelle treiben, der über den Strommeßwiderstand 7 und die Freilauf diode 8 fließt.supplied, while the transistor 5 receives no control signal. The transistor 2 then becomes conductive, so that an approximately linearly increasing current flows from the positive pole (+) of the operating DC voltage source via the stator winding 1, the transistor 2 and the current measuring resistor 3 to the zero potential pole (0) of the operating DC voltage source. The magnetic flux 4 (FIG. 7) generated by this current flowing through the stator winding 1 therefore increases approximately linearly until this current at the current measuring resistor 3 causes a voltage drop U, (FIG. 2), which is set by means of the resistor 14 at the connection point _{, voltage U 18} (Pig. 2) corresponding to an upper current limit value exceeds _{at time t 1} . As a result, the comparator 19 flips so that its previously positive output signal U ₁ Q becomes negative (FIG. 4), the flip-flop 24 also flips, the blocking signal 0 _Q (FIG. 6) occurs at the output Q and that which is fed to the base of the transistor 2 Control signal is blocked. The transistor 2 is therefore _{blocked at time t 1} , so that the current in the stator winding 1 is undershot and the voltage drop U, caused by this current at the current measuring resistor 3 disappears and at the same time the comparator 19 or its output signal U ₁ Q flips back (Fig. 4) without affecting the state of flip-flop 24. However, since both stator windings 1 and 4 are magnetically coupled through the core of the stator, the _{magnetic energy stored in the magnetic field up to time t 1} can be dissipated via the stator winding 4. Because as long as a current was flowing in the stator winding 1, a voltage was induced in the stator winding 4 which was polarized so that a current was attempted to drive in the forward direction of the blocked transistor 5 and against the reverse direction of the freewheeling diode 8. However, the interruption of the current flow in the stator winding 1 induces a voltage in the stator winding 4 which is higher than that of the operating DC voltage source and has opposite polarity to it. The voltage induced in the stator winding 4 by the current interruption in the stator winding 1 can therefore now drive a current back into the operating DC voltage source which flows through the current measuring resistor 7 and the freewheeling diode 8.

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Dieser Strom ist negativ in Bezug auf die Polarität des Stroms, der über den Strommeßwiderstand 3 floß, und steigt sprungartig (in negativer Richtung) auf einen Wert an, der dem Fluß i im Zeitpunkt t₁ entspricht. Dabei unterschreitet der durch diesen Strom am Strommeßwiderstand 7 hervorgerufene (negative) Spannungsabfall Uy sofort das dem unteren Stromgrenzwert entsprechende Bezugspotential U₂₀ (Fig. 3) am Verbindungspunkt 20, so daß jetzt der Vergleicher 21 kippt und sein Ausgangssignal Up₁ (Fig. 5) auf einen negativen (bzw. niedrigen) Wert abfällt. Der negative Strom im Strommeßwiderstand 7 nimmt daraufhin entsprechend dem Abbau der im Magnetfeld gespeicherten magnetischen Energie etwa linear ab, so daß der Spannungsabfall U„ ebenfalls allmählich abnimmt (Fig. 3), d.h. das Potential am Eingang 23 in positiver Richtung ansteigt. Im Zeitpunkt t₂ überschreitet dieses Potential wieder das Bezugspotential U₂₀ am Verbindungspunkt 20, so daß der Verstärker 21 wieder zurUckkippt und durch den Anstieg seines Ausgangssignals U₂₁ das Flipflop 24 wieder gesetzt wird. Dadurch tritt wieder das Freigäbesignal U_Q am Eingang 12 der Steuerschaltung 11 auf. Der Basis des Transistors 2 wird daher wieder das Steuersignal des Fühlers 10 zugeführt, und der Transistor 2 wird wieder vollständig leitend. Da im Zeitpunkt tp noch eine magnetische Restenergie im Magnetfeld gespeichert ist, steigt der Strom im Strommeßwiderstand 3 und damit der Spannungsabfall U, an diesem sprungartig auf einen dieser Restenergie entsprechenden Wert an, um danach etwa linear weiter anzusteigen, bis im Zeitpunkt t, wieder das dem oberen Stromgrenzwert entsprechende Bezugspotential U₁Q erreicht ist. Von da an wiederholt sich der geschilderte Vorgang bis zum Zeitpunkt t , in dem eine halbe Läuferumdrehung vollendet ist. Nunmehr wird das Steuersignal des Fühlers 10 auf die Basis des bis dahin durchgehend gesperrten Transistors 5 umgeschaltet und ebenfalls im Takt des Wechsels des Ausgangssignals der Vergleichseinrichtung 13 freigegeben und gesperrt, so daß auch während der zweiten Hälfte einer Läuferumdrehung ein entsprechender etwa sägezahnförmiger Flußverlauf wie in der ersten halben Umdrehung entsteht, jedoch mit entgegengesetzter Polarität, wie es in der rechten unteren Hälfte der Fig. 7 dargestellt ist. DieserThis current is negative with respect to the polarity of the current which flowed through the current measuring resistor 3 and rises abruptly (in the negative direction) to a value which corresponds to the flow i at time t ₁ . The (negative) voltage drop Uy caused by this current at the current measuring resistor 7 immediately falls below the reference potential U ₂₀ (Fig. 3) corresponding to the lower current limit value at the connection point 20, so that the comparator 21 now tilts and its output signal Up ₁ (Fig. 5) drops to a negative (or low) value. The negative current in the current measuring resistor 7 then decreases approximately linearly according to the reduction of the magnetic energy stored in the magnetic field, so that the voltage drop U "also gradually decreases (FIG. 3), ie the potential at the input 23 increases in the positive direction. At the time t ₂ , this potential again exceeds the reference potential U ₂₀ at the connection point 20, so that the amplifier 21 tilts back again and the flip-flop 24 is set again _{by the rise of its output signal U 21.} As a result, the release signal U _Q occurs again at the input 12 of the control circuit 11. The control signal of the sensor 10 is therefore fed back to the base of the transistor 2, and the transistor 2 becomes completely conductive again. Since a residual magnetic energy is still stored in the magnetic field at the time tp, the current in the current measuring resistor 3 and thus the voltage drop U increases suddenly to a value corresponding to this residual energy, and then continues to increase approximately linearly until that again at time t _{the reference potential U 1} Q corresponding to the upper current limit value has been reached. From then on, the process described is repeated until time t, at which half a rotor revolution is completed. The control signal of the sensor 10 is now switched to the base of the transistor 5, which has been blocked until then, and is also released and blocked in time with the change in the output signal of the comparison device 13, so that during the second half of a rotor revolution a corresponding approximately sawtooth-shaped flow curve as in FIG first half revolution arises, but with opposite polarity, as shown in the lower right half of FIG. This

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negative Fluß wirkt nunmehr in der zweiten Hälfte einer Läuferumdrehung in der gleichen Drehrichtung weiter wie der positive Fluß in der ersten Hälfte der Läuferumdrehung.negative flux now acts in the second half of a rotor revolution in the same direction of rotation as the positive flux in the first half of the rotor revolution.

Die Wahl der Grenzwerte, bei denen die Vergleicher kippen, bestimmt den Mittelwert des Flusses φ und damit der Motordrehzahl sowie die Takt- bzw. Schaltfrequenz der Transistoren, die vorzugsweise außerhalb des Hörfrequenzbereichs gelegt ist.The choice of the limit values at which the comparators tilt determines the mean value of the flux φ and thus the motor speed as well as the clock or switching frequency of the transistors, which is preferably outside the audio frequency range.

Die Rückführung der im Magnetfeld gespeicherten Energie nach der Abschaltung einer Ständerwicklung über die jeweils andere Ständerwicklung in die Betriebsspannungsquelle hat den Vorteil, daß diese Energie teilweise auch zum Drehmoment des Motors beiträgt. Außerdem werden sowohl die Transistoren als auch die Freilaufdioden vor Überlastung geschützt. Die Strombegrenzung ist auch dann wirksam, wenn der Motor im Generatorbetrieb arbeitet, z.B» bei einer Abbremsung, die hier gleichzeitig eine Nutzbremsung bedeutet. Eine Abbremsung kann leicht dadurch erreicht werden, daß der eine Transistor zwangsweise ständig leitend gehalten wird.The return of the energy stored in the magnetic field after the Disconnection of a stator winding via the other stator winding in the operating voltage source has the advantage that this energy also partly contributes to the torque of the motor. In addition, both the transistors and the freewheeling diodes protected from overload. The current limitation is also effective when the motor is working in generator mode, e.g. » in the event of deceleration, which here also means regenerative braking. Deceleration can easily be achieved by that the one transistor is forcibly kept conductive at all times.

Abwandlungen vom dargestellten Ausführungsbeispiel liegen im Rahmen der Erfindung. So können anstelle der Transistoren auch andere Halbleiter-Schaltelemente vorgesehen sein, z.B. Abschaltthyristoren, die durch Steuerimpulse geeigneter Polarität zwischen dem Steueranschluß und dem zugehörigen Hauptanschluß nicht nur vom Sperrzustand in den Durchlaß zustand, sondern auch umgekehrt vom Durchlaßzustand in den Sperrzustand umgeschaltet werden können.Modifications of the illustrated embodiment are in Scope of the invention. Instead of the transistors, other semiconductor switching elements can be provided, e.g. switch-off thyristors, the polarity between the control connection and the associated main connection due to control pulses not only from the blocked state to the open state, but also vice versa can be switched from the open state to the blocked state can.

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Claims (9)

PatentansprücheClaims / 1.JAnordung zur Steuerung von Antriebs- und Bremsstrom eines — bürstenlosen Gleichstrommotors, der einen Permanentmagnet-Läufer und Ständerwicklungen aufweist, mit in Reihe zu je einer Ständerwicklung an einer Betriebsspannungsquelle liegenden Halbleiter-Schaltelementen, den Ständerwicklungen jeweils zugeordneten Rreilaufdioden, einer Steuerschaltung für die Halbleiter-Schaltelemente, einem die Laufer-Drehwinkellage abtastenden Fühler, der die Halbleiter-Schaltelemente in Abhängigkeit von der Läufer-Drehwinkellage über die Steuerschaltung steuert, einer die Steuerschaltung ebenfalls beaufschlagenden Vergleichseinrichtung mit zwei Eingängen und einer in Reihe mit den Ständerwicklungen liegenden Strommeßvorrichtung, die den Ständerwicklungs- und den Freilaufdiodenstrom mißt und über die Vergleichseinrichtung getaktet die Abgabe der Steuersignale der Steuerschaltung freigibt oder sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stommeßvorrichtung (3, 7) eine nur den Ständerwicklungen (1, 4) gemeinsame erste Strommeßeinrichtung (3) und eine nur den Freilaufdioden (6, 8) gemeinsame zweite Strommeßeinrichtung (7) aufweist , daß die erste Strommeßeinrichtung (3) mit dem einen Eingang (22) und die zweite Strommeßeinrichtung (7) mit dem anderen Eingang (23) der Vergleichseinrichtung (13) verbunden ist und daß die Vergleichseinrichtung (13) der Steuerschaltung (11) ein Freigäbesignal(U_Q) oder ein Sperrsignal (Ü_Q) in Abhängigkeit von einem Vergleich des Meßsignals (U,) der ersten Strommeßeinrichtung (3) mit einem ersten Stromgrenzwert (U^₈) und des Meßsignals (Uy) der zweiten Strommeßeinrichtung (7) mit einem zweiten Stromgrenzwert (U₂₀) zuführt. 130024/0338/ 1.JArrangement for controlling the drive and braking current of a - brushless direct current motor, which has a permanent magnet rotor and stator windings, with semiconductor switching elements in series with one stator winding on an operating voltage source, the stator windings each associated with freewheeling diodes, a control circuit for the Semiconductor switching elements, a sensor that scans the Laufer angle of rotation position and controls the semiconductor switching elements as a function of the rotor angle of rotation position via the control circuit, a comparison device that also acts on the control circuit and has two inputs and a current measuring device in series with the stator windings, which measures the Stator winding and freewheeling diode current measures and the output of the control signals of the control circuit is released or blocked via the comparator clocked, characterized in that the current measuring device (3, 7) only the stator windings (1, 4) according to The first current measuring device (3) and a second current measuring device (7) common only to the free-wheeling diodes (6, 8) have the first current measuring device (3) with one input (22) and the second current measuring device (7) with the other input ( 23) of the comparison device (13) is connected and that the comparison device (13) of the control circuit (11) emits an enable signal (U _Q ) or a blocking signal (Ü _Q ) as a function of a comparison of the measurement signal (U,) of the first current measuring device (3 ) with a first current limit value (U ^ ₈ ) and the measurement signal (Uy) of the second current measuring device (7) with a second current limit value (U ₂₀ ). 130024/0338 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (13) Kippverhalten hat und bei Überschreitung eines oberen (U_1Q) und eines unteren Stromgrenzwertes (U₂₀) kippt.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the comparison device (13) has tilting behavior and tilts when an upper (U _1Q ) and a lower current limit value (U ₂₀ ) are exceeded. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippfrequenz höher als die Motorfrequenz und vorzugsweise, oberhalb des Hörfrequenzbereiches liegt.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the tilt frequency is higher than the motor frequency and preferably, is above the audible frequency range. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (13) zwei Vergleicher (19, 21) aufweist, von denen der eine Vergleicher (19) dem Vergleich des Meßsignals (U^) der ersten Strommeßeinrichtung (3) mit dem eisten Stromgrenzwert (U_1Q) und der andere Vergleicher (21) dem Vergleich des Meßsignals (Uy) der zweiten Strommeßeinrichtung (7) mit dem zweiten Stromgrenzwert (Up₀) zugeordnet ist.4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the comparison device (13) has two comparators (19, 21), of which one comparator (19) compares the measurement signal (U ^) of the first current measuring device (3 ) with the first current limit value (U _1Q ) and the other comparator (21) is assigned to the comparison of the measurement signal (Uy) of the second current measuring device (7) with the second current limit value (Up ₀ ). 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (U₁Q, U₂₁) der Vergleicher (19, 21) je einem von zwei Eingängen (R, C) eines Flipflop (24) zuführbar sind, die den Kippzustand des Flipflop (24) entgegengesetzt beeinflussen.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the output signals (U ₁ Q, U ₂₁ ) of the comparators (19, 21) can each be fed to one of two inputs (R, C) of a flip-flop (24) which indicate the flip-flop condition of the Influence the flip-flop (24) in the opposite direction. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Freilaufdiode (6, 8) das ihre zugeordnete Ständerwicklung ein- und ausschaltende Halbleiter-Schaltelement (2; 5) überbrückt, daß jede Freilaufdiode antiparallel zum Halbleiter-Schaltelement zwischen der mit der Ständerwicklung verbundenen Seite des Halbleiter-rSchaltelements und dem mit der anderen Seite des Halbleiter-Schaltelements verbundenen Pol (O) der Betriebsgleichspannungsquelle liegt, und daß die Ständerwicklungen(1, 4) bifilar gewickelt sind.6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that that each freewheeling diode (6, 8) the semiconductor switching element that switches its associated stator winding on and off (2; 5) bridged that each freewheeling diode anti-parallel to the semiconductor switching element between the one with the stator winding connected side of the semiconductor switching element and that with the other side of the semiconductor switching element connected pole (O) of the operating DC voltage source, and that the stator windings (1, 4) are bifilar wound. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ständerwicklungen (1, 4) abgekehrten Seiten der Halbleiter-Schaltelemente (2, 5) gemeinsam über einen ersten7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the stator windings (1, 4) facing away from the sides of the semiconductor switching elements (2, 5) together via a first 130024/0338130024/0338 Strommeßwiderstand (3) und die den Ständerwicklungen abgekehrten Seiten der Freilaufdioden (6, 8) gemeinsam über einen zweiten Strommeßwiderstand (7) mit dem zugehörigen Pol (O) der Betriebsgleichspannungsquelle verbunden sind.Current measuring resistor (3) and the sides of the freewheeling diodes (6, 8) facing away from the stator windings together a second current measuring resistor (7) are connected to the associated pole (O) of the operating DC voltage source. 8. Anordnung nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein umkehrender Eingang (-) des einen Vergleichers (19) mit dem bei normaler Betriebsstromrichtung einen positiven Spannungsabfall (U,) aufweisenden Strommeßwiderstand (3) und ein nicht-umkehrender Eingang (+) dieses Vergleichers (19) auf einem dem oberen Stromgrenzwert entsprechenden Bezugspotential (U,. g) liegt und daß ein nichtumkehrender Eingang (+) des anderen Vergleichers (21) mit dem beim Fließen eines Freilaufstroms einen negativen Spannungsabfall (Uy) aufweisenden Strommeßwiderstand (7) verbunden ist und ein umkehrender Eingang (-) dieses Vergleichers (21) auf einem dem unteren Stromgrenzwert entsprechenden Bezugspotential (U₂₀) liegt.8. Arrangement according to claim 4 and one of claims 6 and 7, characterized in that a reversing input (-) of a comparator (19) with the normal operating current direction a positive voltage drop (U,) having current measuring resistor (3) and not -inverting input (+) of this comparator (19) is at a reference potential (U ,. g) corresponding to the upper current limit value and that a non-inverting input (+) of the other comparator (21) with a negative voltage drop (Uy ) having current measuring resistor (7) is connected and a reversing input (-) of this comparator (21) is on a reference potential (U ₂₀ ) corresponding to the lower current limit value. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugspotentiale einstellbar sind.9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the reference potentials are adjustable. 130024/0338130024/0338